立体石雕历史传承悠久,应用广泛,深受人们的喜爱。目前立体石雕的加工方式逐渐由人工转向机器人自动化雕刻加工,而在机器人自动化雕刻的粗加工过程中,由于加工方式的限制,从毛胚到成品的过程中需要把石材逐渐去除,加工废料均为粉末状石材,无法直接二次利用,使得石材的利用率低且加工效率低。金刚石绳锯机采用锯切的方式加工石材,石材的利用率高且加工效率高,但绳锯机的加工自由度较低,无法对外形结构较为复杂的立体石雕模型进行切割加工。因此本课题便以机器人石材切割用金刚石绳锯机构为研究对象,对绳锯机构进行总体设计和轻量化分析,使其可由机器人带动,对各种外形结构较为复杂的立体石雕模型进行省材高效的切割粗加工成型。论文的主要研究内容如下:1.金刚石绳锯机构的总体设计方案的研究。分析绳锯机构的工作原理和作业工况,根据设计要求,提出绳锯机构的总体方案,再通过分析与计算,对各分系统及零部件进行选型与设计,最后,对绳锯机构进行总体设计与组装调试工作。2.金刚石绳锯机构的静力学与动力学特性的仿真分析。对绳锯机构的模型进行合理简化后,根据绳锯机构在切割加工中的实际受力情况进行载荷和边界条件的设置,获得绳锯机构机架的最大等效应力和变形,并由模态分析、谐响应分析获得机架的固有频率和振型等动态特性,再通过试验模态分析验证前述仿真结果的正确性,从而为下一章的仿真轻量化优化设计奠定了基础。3.金刚石绳锯机构的轻量化优化设计。通过一四因素四水平的正交实验,利用静力学仿真分析的方法,获得质量减小,外形结构更合理的机架结构,再通过拓扑优化,进一步减小了机架的质量,增加加强筋板结构,使得机架的变形减小。最终得到质量减小33.33%,最大变形减小26.33%,最大等效应力为39.95Mpa的新型机架结构。4.金刚石绳锯机构的石材切割试验。通过对一简单模型的机器人绳锯机构切割加机器人雕刻与完全采用机器人雕刻相比较,初步获得机器人绳锯机构的省材和高效加工的数据,再对一外形结构较为复杂的立体石雕模型进行切割粗加工,验证了机器人绳锯机构高自由度省材加工的可行性。通过石材切割实验,验证了机器人绳锯机构的省材高效和高自由度加工的可行性。